單端反激結(jié)構(gòu)在幾十瓦的小功率開關(guān)電源中比較常見。在其可靠性驗證中,初級MOS管DS間承受的電壓峰值(下面稱應力)是一個重點。設(shè)計過程經(jīng)常會碰到MOS管電壓應力超標的現(xiàn)象(一般認為在異常情況下,應力不超過MOS耐壓的100%,正常情況下不超過95%,對MOS是安全的)。根據(jù)我們的調(diào)試經(jīng)驗,對這個問題做一分析并提出幾種應對方案措施。
一、初級MOS的電壓應力
初級MOS的電壓應力一般是由三個方面組成:即是三個數(shù)值的疊加。
1.母線上電壓峰值(一般是初級濾波電容上的電壓峰值);
2.是次級的反射電壓(即是MOS截止時由于電磁感應,次級電壓折算到初級線圈的電壓值);
3.是由于變壓器漏感,在MOS關(guān)斷時產(chǎn)生的尖峰。
母線上的電壓峰值:這個峰值一般是輸入電壓的峰值,對于220V市電供電的開關(guān)電源,如果考慮±20%的變化范圍,其*大值是264V,其因是正弦波,所以峰是264 x 1.414=373.23v.
二、次級的反射電壓
這個電壓由變壓器初級圈數(shù)和次級圈數(shù)的比值決定。根據(jù)經(jīng)驗,反射電壓值*好不要大于100V(針對600V的管子和220電網(wǎng)電壓)。如果這個值選的過大,可能會給MOS應力控制增加一些壓力。另外,反射電壓太高,初級線圈的吸收電阻上消耗更多的能量會增加,不利于提高電源效率。但也不要選的太小,不然占空比不能得到充分的利用。(因為反射電壓小,意味著初級圈數(shù)和次級圈數(shù)比值較大,占空比必然會小)。占空比太小,在相同功率下,會增大初級MOS電流的峰值,電流的有效值值也會增加,開關(guān)管的導通損耗和變壓器集膚效應,臨近效應引起的損耗也會增加。總之,這個反射電壓的選取,也是一個反復實驗權(quán)衡的結(jié)果。當然,如果效率不是我們*關(guān)注的問題,在部件(MOS,變壓器)溫升尚可接受的前提下,我們盡量還是照顧MOS的電應力要求。
三、漏感尖峰
由于實際變壓器都存在漏感,在MOS管關(guān)斷后,存在漏感中的能量不能傳送到次級,因此必然會尋找一個放電通道,初級的RCD吸收就是為此而設(shè)。如果沒有吸收,從理論上來說,會在MOS的D級對地形成一個無限高的尖峰(當然,實際電路都會存在分布的電容,這個尖峰不會有無限高),因此足夠的吸收是相當重要的。一般來說,增大吸收電容,減小吸收電阻,都會有效果,但還要綜合考效率,吸收電阻的體積等問題,有時侯,單從吸收電路下手并不能滿足MOS電應力的要求。
四、除了更改吸收電路外,還有其它的幾種方案可供參考:
1.RCD吸收中的D(二極管),使用所謂的慢管(即慢恢復二極管),可以從一定程度上降低感應出來的尖峰。更換D后,要重新測量D的溫升。
2.由于電應力超標一般都發(fā)生在異常狀態(tài)下,此時的占空比一般是處于失控狀態(tài),所以此時的初級峰值電流也是比較大的。峰值電流的增大則意味著漏感中存貯的能量增大,MOS關(guān)斷時,尖峰自然也會變大。因此控制峰值電流對抑制尖峰作用是比較明顯的。控制峰值電流的措施一般有:a.控制異常狀態(tài)時的*大占容比,這對于某些芯片是可行的(如TL3842等);b.增大初級sense電阻(初級取樣電阻)值,對于電流控制型的芯片,這個方法是有效的。其機理在于芯片是感知SENSE電阻上的電壓來關(guān)斷MOS的,電阻變大則能較早關(guān)斷MOS,防止電流沖地過高。但要兼顧輸出功率要求。c.增大初級電感量,機理和b類似;d.降低MOS的關(guān)斷速度,這一般可以從MOS 驅(qū)動電路上下手,但同時也應注意MOS的發(fā)熱量。另外,在初級增加電壓初償也是一個辦法,即從初級濾波電容上引電阻到芯片的電流檢測(Isense)腳,一定上程度也可以對降低MOS尖峰有效。
上述各種方案措施的實施后,一定要對開關(guān)電源的其它指標進行確認,以避免極端優(yōu)化一個參數(shù),而引起其它參數(shù)惡化的現(xiàn)象。更多技術(shù)文章請關(guān)注[url=]或搜索沃爾開關(guān)電源
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